一种竹材汽爆炼制制备生态材料及其能源化的方法技术

本发明专利技术属于竹材资源利用领域，涉及一种竹材汽爆炼制制备生态材料及其能源化的方法。其主要目的是对竹材资源进行绿色环保、高值化综合利用，实现联产竹原纤维、木塑材料等生物基生态材料及沼气等清洁能源。本发明专利技术的技术方案包括，①竹材经过汽爆处理、水洗、过滤得到水洗液和纤维料，水洗液用于发酵沼气、丁醇等生物能源；②长纤维制备竹原纤维过程中产生的废长纤维可用于制备木塑材料、微晶纤维素、溶解浆、液化聚醚多元醇等生态材料；③短纤维酶解发酵用于生物丁醇的发酵，也可用于制备木塑材料、液化聚醚多元醇等生态材料。采用本发明专利技术的技术方案，竹材资源的利用率高、附加值高，竹材炼制工艺体系能耗低、工序简单，且清洁无污染。

Bamboo steam explosion refining preparation of ecological material and energy saving method thereof

The present invention belongs to the field of bamboo resource utilization, and relates to a method for preparing ecological material by bamboo steam explosion refining and its energy saving method. Its main purpose is to make a comprehensive utilization of bamboo resources for environmental protection and high value, and realize the combination of bamboo, raw fiber, wood plastic materials and other bio based ecological materials and methane and other clean energy. Including the technical scheme of the invention, the bamboo after steam explosion treatment, water washing, filtering and washing liquid washing liquid for fiber material, and butanol fermentation biogas biomass; the long fiber preparation process of waste fiber bamboo fiber which can be used for preparation of wood plastic materials, microcrystalline cellulose, and dissolving pulp liquefied polyol ecological materials; the short fiber enzyme fermentation for bio butanol fermentation, can also be used for the preparation of wood plastic materials, liquefied polyol ecological materials. By adopting the technical proposal of the invention, the utilization rate of bamboo resources is high, the added value is high, the energy consumption of the bamboo refining process system is low, the process is simple, and the cleaning process is clean and pollution-free.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于竹材资源利用领域，特别涉及一种竹材汽爆炼制制备生态材料及其能 源化的方法。
技术介绍
石油和天然气等不可再生的化石资源构成了当今世界燃料和化学工业的基石。但 自21世纪以来，由于化石燃料的不可再生性，以及化石燃料使用所引起的温室效应、酸雨、 粉尘污染等环境问题，从可再生植物资源特别是木质生物质生产高附加值化工产品成为许 多国家的重要发展领域和科学研究的热点。鉴于我国人多地少的基本国情和世界性能源危 机的严峻形势，发展生物质资源转化利用技术，开发生物基能源、化学品和材料将对我国的 资源安全问题提供强有力的保障。竹是禾本科植物中最原始的亚科之一，也是禾本科植物中最具多样化的一个种 群，竹广泛生长于亚洲、非洲、加勒比及拉美地区，并在这些地区享有盛誉。竹以木质的秆、 复合分枝、发达的根系和很少开花的特点区别于同科的其它植物，每年都能生长出数根自 然成型、充分发育并可投入使用的竹秆。我国竹资源丰富，种植竹面积居世界第一，共有48属，500多种，约占世界竹子种 属的一半。毛竹在我国分布最广，种植毛竹的面积达到270万公顷，占竹林面积的65%，毛 竹是一种多年生的高大乔木，它广泛分布于中亚热带。毛竹生长快，产量高，材质好，用途 广，是我国经济价值最大的竹种。毛竹的主要成分包括纤维素、半纤维素和木质素三种成 分，这三种组分构成植物体的支撑骨架，其中纤维素组成微细纤维，构成植物细胞壁的网状 骨架，而半纤维素和木质素则是填充在纤维素之间的“粘合剂”和“填充剂”。毛竹中纤维素、 半纤维素和木质素三种组分的总和占总重量(干重)的85%左右，其中纤维素含量一般为 35-50%，半纤维素含量一般为15-25%，木质素的含量一般为20%左右。除了三大类组分 外，竹材中还含有少量的蛋白质、脂类、灰分、水分、果胶、低分子碳水化合物等。其中竹子的 灰分含量一般在1_3%，灰分中大部分为二氧化硅。作为一种绿色、可再生、可降解的资源性纤维，竹纤维的开发利用前景广阔，因而 受到了越来越多人的关注。目前，它的利用方式主要有纺织用竹纤维、造纸和黏胶用竹浆 粕、纤维聚合物基复合材料增强材料。但是这些利用方式还是针对竹材中单一纤维素组分 利用进行的研究，其他资源的应用缺乏足够的重视，造成了竹材资源利用率不高，竹材制品 成本高等。目前关于竹材的应用主要集中在竹原纤维的制备和开发利用，例如中国专利技术专 利 CN1415790，CN1406725, CN1375578, CN1390989, CN1083760, CN1621580A, CN1824851A 等 均提到了采用化学法、物理法或者生物酶法生产竹原纤维，但是这些专利中所提到的方法 都是只针对竹材中性能优良的长纤维进行的利用，其他大量的组分被废弃或者被燃烧低 值利用，不仅造成了资源的大量浪费，而且引起了严重的环境污染。因此，有必要从竹材 原料的特点出发，对竹材资源的综合高值化利用进行深入的研究，建立适于竹材原料炼制技术体系，既可以实现竹材的多组分全利用，降低竹产品的生产成本，提高竹资源的附加 值，又可以减少在竹材资源加工过程中造成的污染。专利技术人针对这个问题申请了专利技术专利 200710177983. 6，专利技术了通过汽爆技术结合长短纤维分离使竹材中组分得到充分利用的方 法，除了获得目的产物竹原纤维之外，同时还联产了低聚木糖、竹浆、乙醇、醇溶木质素、剩 余残渣发电等产品，克服了传统竹原纤维生产过程中的污染和单一组分利用问题。在此基 础上，为了将竹材资源更大价值的开发利用，本专利技术人提出了一种新的由竹材汽爆炼制制 备生态材料及其能源化的方法。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是针对竹材资源进行绿色环保、高值化综合利用，发展新型竹 材应用技术，形成适于竹材原料炼制技术体系，实现竹资源中各组分的高效清洁分离，不仅 得到竹原纤维、聚醚多元醇、木塑材料等生态材料，同时实现竹材资源的能源化。从而实现 竹材资源中各组分的最大价值利用，提高竹材的附加值，并减少竹资源加工过程中的污染 问题。本专利技术的另一目的是提供一种实施本专利技术的系统工艺流程。竹材的主要成分包括纤维素、半纤维素和木质素三种成分，现有的竹材利用一般 都是直接将竹材进行加工，造成了竹材资源的浪费。采用本专利技术提供的技术方案，可以实现 竹材中各种组分的高附加值利用，既可以得到沼气、丁醇等生物能源，又可以得到竹纤维、 木塑材料、聚醚多元醇等生态材料；并且整个工艺流程无废水、废渣排放，符合国家节能减 排的要求。本专利技术提供的，包括以下步 骤(1)竹材预处理竹材经过清洁整理干燥后，制成竹片条；然后在12MI^饱和蒸汽 压力下维压5min进行蒸汽爆破预处理；(2)汽爆竹材水洗液发酵沼气、丁醇等汽爆处理后的竹材中半纤维素已降解，水 洗、过滤得到水洗液和纤维物料，水洗液中含有半纤维素降解产生的低分子糖类，可用于沼 气、丁醇等的发酵；水洗后的纤维物料根据汽爆竹材纤维的长度不同，采用纤维梳理装置实 现长短纤维的分离，得到小于5cm的短纤维，和大于5cm的长纤维；(3)长纤维制备竹原纤维并分离出废长纤维步骤2)中得到的汽爆竹材长纤维纯 度已经较高，木质素、半纤维素及果胶的含量均已较低，因此可以直接进入分丝工序，即采 用纤维分丝装置将汽爆竹材粗纤维分解成较细的纤维，并用水冲洗，收集分解过程中韧性 较差的纤维产生的废纤维，然后韧性较强的长纤维经过还原、脱水、软化、梳纤等工序制备 竹原纤维；(4)短纤维的利用步骤2~)中得到的短纤维可以用于制备木塑材料、聚醚多元醇 等生态材料，也可以酶解发酵丁醇等生物能源；(5)废长纤维的利用步骤幻中得到的韧性较差的废纤维可以用于溶解浆、微晶 纤维素、木塑材料、液化聚醚多元醇等的制备。本专利技术所述的，其特征在于， 步骤O)中汽爆竹材水洗液丁醇发酵条件为水洗液经7.5%的活性炭，在301，15011)111下处理1 !后，调节pH至6. 5，在121°C下灭菌15min，待冷却至室温后，接入10% (ν/ν)的 Clostridium acetobutylicum ATCC 824 种子培养基，37°C静止厌氧培养。本专利技术所述的，其特征在于， 步骤中短纤维制备木塑材料的方法是将短纤维先经过超微粉碎制备成粒径为50 200 μ m的粉末，然后按照质量比9 1 1 1与塑料母料混勻，以120 200°C在塑料挤 出成型设备上制备木塑母料；所述的塑料母料包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、丙烯腈/丁二 烯/苯乙烯共聚物(ABS)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)及其回收制品。本专利技术所述的，其特征在于， 步骤(4)中短纤维液化制备聚醚多元醇的方法是以聚乙二醇和甘油9 1 (w/w)的混合 物为液化剂，按照与汽爆竹材质量比4 1加入液化剂，以3. 25%的浓硫酸为液化剂，在 160°C 液化 30min。本专利技术所述的，其特征在于， 步骤中短纤维酶解发酵丁醇的方法是按照20IU FPA/g底物加入纤维素酶液，加 水调节固液比1 20(w/v)，于50°C恒温水浴中酶解48h，酶解液中接入10% (ν/ν)的 Clostridium acetobutylicum ATCC 824 种子培养基，37°C静止厌氧培养。本专利技术所述的，其特征在于， 本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．本专利技术提供的一种竹材汽爆炼制制备生态材料及其能源化的方法，包括以下步骤：１）竹材汽爆预处理：竹材经过清洁整理干燥后，制成竹片条；置于蒸汽爆破处理装置中，在１２ＭＰａ饱和蒸汽压力下维持５ｍｉｎ，对竹片原料进行汽爆处理；２）汽爆竹材水洗液的发酵：汽爆处理后的竹材中半纤维素已降解，水洗、过滤得到水洗液和纤维物料，水洗液用于沼气、丁醇的发酵；水洗后的纤维物料采用纤维梳理装置分离得到小于５ｃｍ的短纤维，和大于５ｃｍ的长纤维；３）长纤维制备竹原纤维并分离出废长纤维：步骤２）中得到的汽爆竹材长纤维采用纤维分丝装置将汽爆竹材粗纤维分解成较细的纤维，并用水冲洗，收集分解过程中韧性较差的纤维产生的废纤维，然后韧性较强的长纤维经过还原、脱水、软化、梳纤等工序制备竹原纤维；４）短纤维的利用：步骤２）中得到的短纤维用于制备木塑材料、聚醚多元醇等生态材料，也可以酶解发酵乙醇、丁醇等生物能源；５）废长纤维的利用：步骤３）中得到的废纤维用于纸浆、溶解浆、微晶纤维素、木塑材料、液化聚醚多元醇等的制备。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈洪章，邱卫华，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：11